李 志 亮

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013)

人工級配碎石換填墊層工藝參數(shù)優(yōu)化

李 志 亮

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013)

針對大型基建工程對換填墊層地基較高的質(zhì)量要求，結(jié)合工程實(shí)例，對人工級配碎石換填墊層的級配碎石拌合、單層虛鋪厚度、碾壓施工工藝、施工質(zhì)量控制等參數(shù)進(jìn)行了對比優(yōu)化，并通過動力觸探及載荷試驗(yàn)對優(yōu)化后墊層工程特性進(jìn)行了檢驗(yàn)，優(yōu)化后的工藝參數(shù)可作為后續(xù)大型基建工程換填墊層參考。

人工級配碎石，換填墊層，工藝參數(shù)，優(yōu)化

近年來，換填墊層法以其料源廣泛、工藝簡單、工期較短和經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)勢，逐步在淺層地基處理中得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合某熱電廠主廠房區(qū)域換填墊層設(shè)計(jì)及施工，對人工級配碎石換填墊層碾壓施工工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并綜合多種檢測手段對換填墊層碾壓效果進(jìn)行了檢驗(yàn)評價(jià)。

1 概述

某熱電廠場地地層巖性自上至下主要有素填土、雜填土、粉質(zhì)粘土、礫石層、泥巖、砂巖等；礫石層地基承載力特征值為300 kPa；上覆土層厚度1.80 m～6.00 m，承載力特征值均不大于220 kPa。

設(shè)計(jì)擬對主廠房等重要建筑物進(jìn)行換填墊層法地基處理，將上覆土層挖除，以礫石層作為換填墊層下臥層，采用人工級配碎石作為換填材料，換填厚度約1.00 m～4.00 m，人工級配碎石換填墊層承載力特征值要求不小于350 kPa。

2 換填材料

2.1 材料參數(shù)要求

根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，換填砂石料應(yīng)滿足以下要求：

1)最大粒徑不宜大于50 mm；

2)細(xì)骨料成分為粗砂或礫砂，不應(yīng)為粉砂、細(xì)砂；骨料成分應(yīng)為抗風(fēng)化硬質(zhì)巖；

3)級配良好，不均勻系數(shù)大于5，曲率系數(shù)1～3；

4)不應(yīng)含有耕(植)土、淤泥質(zhì)土和其他雜物，有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)大于4%，含鹽量不應(yīng)大于0.5%；

5)粘性土(d≤0.075 mm)含量不應(yīng)超過5%。

2.2 碎石材料配比優(yōu)化

據(jù)調(diào)查，項(xiàng)目周邊河道直接挖取的天然級配砂卵石材料匱乏，本次換填墊層需采用級配碎石材料；經(jīng)對項(xiàng)目周邊各碎石料源進(jìn)行踏勘，各碎石料場生產(chǎn)的碎石均為固定范圍粒徑，如達(dá)到本工程材料參數(shù)要求，需對各種粒徑原始材料進(jìn)行配比拌合。

本次在預(yù)期供貨碎石料場進(jìn)行三組配比拌合試驗(yàn)，配比試驗(yàn)結(jié)果如表1第1，2，3項(xiàng)所示，各項(xiàng)試驗(yàn)配比礫砂含量均偏低，因此在推薦配比時(shí)對各項(xiàng)質(zhì)量百分比進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后級配良好，各項(xiàng)指標(biāo)滿足參數(shù)要求。后續(xù)施工可以將質(zhì)量百分比換算為體積比，以便于原材料進(jìn)場計(jì)量。

3 工藝參數(shù)優(yōu)化

換填墊層碾壓施工前，為取得最佳虛鋪厚度、碾壓遍數(shù)等工藝參數(shù)，并確定最優(yōu)工藝參數(shù)下?lián)Q填墊層施工效果，選取工程場地一小片區(qū)域內(nèi)進(jìn)行換填墊層碾壓原體試驗(yàn)。

表1 配比拌合試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

3.1 機(jī)械設(shè)備優(yōu)化

換填墊層碾壓設(shè)備常規(guī)采用13 t～18 t壓路機(jī)，為增大設(shè)備碾壓影響深度及提高碾壓效果，本次采用項(xiàng)目當(dāng)?shù)厥袌鼍哂幸欢ūＳ辛康?0 t重型振動壓路機(jī)，為后續(xù)墊層鋪設(shè)厚度的選擇提供了更大裕度。

碾壓機(jī)械為徐工XSM220型振動壓路機(jī)，工作質(zhì)量為20 t，振動頻率28 Hz，額定功率128 kW，靜線載荷435 N/cm，工作速度2.63 km/h，激振力350 kN。

3.2 虛鋪厚度優(yōu)化

長期以來，換填墊層法地基處理常規(guī)單層虛鋪厚度一般選擇400 mm，考慮到為后續(xù)大面積施工提高效率，減少鋪設(shè)層數(shù)、縮短工期、降低費(fèi)用，本次在單層虛鋪400 mm的同時(shí)，選取單層虛鋪600 mm作為比對方案。根據(jù)上述兩種虛鋪厚度的過程控制情況及最終檢驗(yàn)結(jié)果，確定最優(yōu)虛鋪厚度。

3.3 碾壓遍數(shù)優(yōu)化

為取得400 mm及600 mm單層虛鋪厚度墊層最佳碾壓遍數(shù)，在試驗(yàn)場地選取面積為3 m×25 m的邊緣地帶進(jìn)行換填地基碎石密度試驗(yàn)測試工作，試驗(yàn)方法為：分別在單層虛鋪400 mm及600 mm的場地，先將第一層按預(yù)定的鋪設(shè)厚度振動碾壓10遍，然后在第二層靜壓2遍后分別再振動碾壓4遍、6遍、8遍、10遍、12遍、14遍后取3點(diǎn)做原位密度檢測試驗(yàn)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，碾壓遍數(shù)與墊層密度的關(guān)系曲線如圖1所示。

根據(jù)關(guān)系曲線趨勢分析，單層虛鋪400 mm厚墊層碾壓8遍后密度增加幅度變緩，單層虛鋪600 mm厚墊層碾壓12遍后密度增加幅度變緩，考慮到現(xiàn)場大面積施工的實(shí)際情況，確定本次最優(yōu)碾壓遍數(shù)為：

1)單層虛鋪400 mm厚墊層采用靜壓2遍、振動碾壓8遍；

2)單層虛鋪600 mm厚墊層采用靜壓2遍、振動碾壓12遍。

4 換填碾壓試驗(yàn)

根據(jù)換填材料優(yōu)化及工藝參數(shù)優(yōu)化成果，確定換填碾壓試驗(yàn)工況為：

1)碾壓設(shè)備使用徐工XSM220型振動壓路機(jī)，工作速度2.63 km/h，激振力350 kN，錯(cuò)距30 cm；

2)換填材料按表1推薦配比進(jìn)行材料拌合、準(zhǔn)備；

3)單層虛鋪400 mm厚墊層采用靜壓2遍、振動碾壓8遍，總計(jì)碾壓6層后進(jìn)行載荷試驗(yàn)檢測；

4)單層虛鋪600 mm厚墊層采用靜壓2遍、振動碾壓12遍，總計(jì)碾壓4層后進(jìn)行載荷試驗(yàn)檢測；

5)施工期間地下水位保持在基坑底面以下；全部墊層碾壓施工結(jié)束后，停止降水，使地下水恢復(fù)至初始地下水位。

5 換填墊層檢測

本次采用原位密度試驗(yàn)、平板載荷試驗(yàn)及超重型動力觸探試驗(yàn)對換填墊層進(jìn)行過程控制檢測及最終效果檢測。

5.1 原位密度試驗(yàn)

本試驗(yàn)用以確定換填墊層的干密度，對施工碾壓進(jìn)行施工質(zhì)量控制；因碎石室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)與現(xiàn)場重型壓路機(jī)振動碾壓工況有較大差異，室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)取得的最大干密度無法準(zhǔn)確指導(dǎo)現(xiàn)場施工，因此本次不采用最大干密度及壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行過程控制，直接采用干密度進(jìn)行過程控制。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)自第二層開始每層布置3個(gè)測試點(diǎn)，分別計(jì)算兩試驗(yàn)區(qū)換填墊層干密度，因試驗(yàn)用料較干燥，含水率取0；單層虛鋪400 mm、振動碾壓8遍場地干密度范圍值為2.08 g/cm3～2.40 g/cm3，平均值為2.24 g/cm3；單層虛鋪600 mm、振動碾壓12遍場地干密度范圍值為2.17 g/cm3～2.40 g/cm3，平均值為2.29 g/cm3。

5.2 超重型動力觸探試驗(yàn)

本試驗(yàn)用以檢測碾壓層在水平及垂直方向上密度的變化規(guī)律；每個(gè)試驗(yàn)場地各布置6個(gè)點(diǎn)，試驗(yàn)成果曲線見圖2，圖3。

從曲線中可以看出，單層虛鋪400 mm厚場地超重型動力觸探試驗(yàn)測試值在水平方向上的擊數(shù)較均勻，單層虛鋪600 mm厚場地超重型動力觸探試驗(yàn)測試值在水平方向上的擊數(shù)相對較分散；在垂直方向上兩個(gè)場地的試驗(yàn)擊數(shù)隨深度的增加呈現(xiàn)規(guī)則的增減性；同一深度上比，單層虛鋪400 mm厚場地?fù)魯?shù)明顯高于單層虛鋪600 mm厚場地，兩場地表層40 cm以下超重型動力觸探擊數(shù)均不小于5擊，屬于中密～密實(shí)狀態(tài)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步判斷，墊層承載力特征值均不低于350 kPa；其中所有試驗(yàn)點(diǎn)40 cm以上擊數(shù)較低是因墊層表面?zhèn)认驍D壓較小導(dǎo)致。

5.3 平板載荷試驗(yàn)

本試驗(yàn)用以確定換填墊層承載力特征值；每個(gè)試驗(yàn)區(qū)各布置3個(gè)點(diǎn)。采用堆載提供反力，壓力源采用油壓千斤頂，千斤頂置于試驗(yàn)壓板的中心，承壓板采用圓形承壓板，承壓板面積為1.00 m2。

本次未加載至墊層破壞，最大加載量不小于設(shè)計(jì)承載力特征值期望值的2倍，本次加載至720 kPa；載荷試驗(yàn)p—s代表性曲線見圖4，圖5，根據(jù)試驗(yàn)曲線分析，隨著荷載的增加曲線斜率緩慢增大，曲線均無明顯拐點(diǎn)，當(dāng)荷載增加到720 kPa時(shí)，曲線未出現(xiàn)陡降段，單層虛鋪400 mm厚承壓板沉降量范圍為4.57 mm～5.45 mm，單層虛鋪600 mm厚承壓板沉降量范圍為6.39 mm～10.51 mm，沉降量均較小。因加載至720 kPa所對應(yīng)地基承載力特征值已滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書不小于350 kPa的要求，因此停止加載。根據(jù)載荷試驗(yàn)情況，兩種工況下?lián)Q填墊層承載力特征值均不小于350 kPa。

6 參數(shù)優(yōu)化建議

1)兩種工況下(單層虛鋪厚度400 mm，600 mm)人工級配碎石換填墊層承載力特征值均不小于350 kPa，根據(jù)載荷試驗(yàn)p—s曲線分析，特征值按350 kPa設(shè)計(jì)仍有較大裕量。

2)碎石換填材料可以通過人工配比拌合試驗(yàn)進(jìn)行級配調(diào)整，以取得最優(yōu)配比，從源頭上確保換填墊層的處理效果。

3)換填墊層常規(guī)單層虛鋪厚度400 mm可以優(yōu)化調(diào)整為400 mm～600 mm，最佳碾壓遍數(shù)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，最優(yōu)單層厚度及最佳碾壓遍數(shù)可以根據(jù)總換填厚度、工期要求、經(jīng)濟(jì)性比較等進(jìn)行合理取值。

4)人工級配碎石換填墊層在水平方向上密度是均勻的；對于表層約40 cm深度范圍內(nèi)動力觸探擊數(shù)偏低的問題，上部基礎(chǔ)施工完畢后將提供較高的上覆壓力，因此可以不考慮此問題對工程的影響。

[1] 山東電力工程咨詢院有限公司.華電淄博熱電機(jī)組擴(kuò)建工程施工圖設(shè)計(jì)換填地基原體試驗(yàn)報(bào)告書[Z].2014.

[2] DL/T 5024—2005，電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].

Optimization of technics & parameters in graded gravel replacement cushion layer

Li Zhiliang

(ShandongElectricPowerEngineeringConsultingInstituteCorp.,Ltd,Jinan250013,China)

As the requirements for replacement cushion foundation are strict in major infrastructure projects, optimization were made on the parameters of mixing, thickness of each layer, technics of rolling compaction and quality control according to project cases. The engineering characteristics of optimized layers were tested by the dynamic penetration test and the load test. The optimized technics and parameters could be used for reference on subsequent major infrastructure projects.

graded gravel, replacement layer, technics & parameters, optimization

2015-02-26

李志亮(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0074-03

TU472

A